С развитием сенсоров сегодня миниатюризация, интеллектуальность и интеграция - единственный путь к модернизации. Сегодня мы познакомим вас с мини-продуктами семейства датчиков - МЭМС-датчиками.
Что такое MEMS-датчик?
Полное название MEMS - Micro-Electromechanical System (микроэлектромеханическая система). Под микроэлектромеханической системой понимается микроустройство или система, которая может производиться серийно и объединяет в себе микромеханизм, микродатчик, микропривод, схему обработки сигнала и управления, интерфейс, связь и источник питания на одном или нескольких чипах. МЭМС-датчик - это новый тип датчиков, изготовленных по технологии микроэлектроники и микрообработки.
МЭМС - это передовая технология производства, разработанная на основе технологии производства полупроводников с использованием традиционных полупроводниковых технологий и материалов. МЭМС в основном включает в себя технологию микрообработки, механику/теорию акустики твердого тела, теорию тепловых потоков, электронику, материалы, физику, химию, биологию, медицину и т.д. После более чем 40 лет развития она стала одним из основных научно-технических направлений, привлекающих внимание всего мира.
Прикладные материалы:
Материалы на основе кремния: Основным сырьем для интегральных схем и МЭМС является кремний (Si), который в больших количествах может быть получен из диоксида кремния. Что такое диоксид кремния? Если говорить более популярно, то это песок. После ряда сложных технологических операций песок превращается в монокристаллический кремний.
Материал, в основном состоящий из кремния, обладает прекрасными электрическими свойствами. По прочности и твердости кремниевый материал приравнивается к железу, по плотности - к алюминию, а по теплопроводности - к молибдену и вольфраму. Если площадь одного чипа МЭМС-датчика составляет 5 мм х 5 мм, то на 8-дюймовой (20 см в диаметре) пластине можно нарезать около 1000 гироскопов на МЭМС-чипах, причем стоимость, выделяемая на каждый чип, может быть значительно снижена.
Некремниевые материалы: В последние годы материальное применение МЭМС постепенно вытесняется некремниевыми материалами. В настоящее время академические исследователи уделяют большое внимание разработке микроприборов на основе полимеров и бумаги. Устройства, созданные на основе этих материалов, не только экологически безопасны, но и просты в изготовлении и имеют низкую стоимость. По сравнению с кремниевыми материалами они позволяют значительно сократить бюджет НИОКР. Многие инновации в области микроустройств на основе полимеров и бумаги ориентированы на применение в медицине. Для этой области основными требованиями являются биосовместимость и гибкость материалов.
Разработка функций и характеристик микроустройств на основе бумаги и полимеров пока находится на относительно ранней стадии, а производственные мощности для изготовления таких устройств еще не созданы. Для достижения зрелости и коммерциализации этих новых технологий может потребоваться более 10 лет. Поэтому в области исследования микроустройств на основе кремниевых материалов предстоит еще много инновационной работы. В противном случае ей грозит стагнация.
Технические преимущества:
Технология MEMS используется для производства датчиков, исполнительных механизмов или микроструктур, которые обладают такими характеристиками, как миниатюрность, интеграция, интеллектуальность, низкая стоимость, высокая эффективность, массовое производство и высокая производительность. Благодаря технологии MEMS на каждой пластине появляются десятки тысяч чипов MEMS (в некоторых процессах на этом же этапе размещаются чипы интегральных схем).
В настоящее время этот процесс серийного производства полностью автоматизирован, что позволяет изолировать человеческий фактор, строго контролировать технологическую погрешность между каждым МЭМС-чипом и тем самым повысить выход продукции. После нарезки и упаковки они один за другим превращаются в МЭМС-чипы. По внешнему виду большинство МЭМС-чипов и микросхем интегральных схем похожи.
Подводя итог, можно сказать, что характерный размер в микрометрах позволяет МЭМС-датчикам выполнять некоторые функции, которые не под силу традиционным механическим датчикам. Это основная сила микродатчиков, которая постепенно вытесняет традиционные механические датчики. Он широко используется в бытовой электронике, автомобильной промышленности, аэрокосмической отрасли, машиностроении, химической промышленности, медицине и других областях. Среди распространенных изделий - датчики давления, акселерометры, гироскопы и каталитические сенсоры.
Отличия от традиционных датчиков:
На следующем рисунке в качестве примера рассмотрим микрофон, чтобы лучше понять разницу между традиционным микрофоном и микрофоном MEMS.
Обычный электретный микрофон:
МЭМС-микрофон:
На рисунке семь или восемь механических частей традиционного микрофона интегрированы в небольшой чип MEMS-сенсора, который имеет очень малые размеры и вес. Поскольку микросхемы производятся на основе чипов, они обладают хорошей согласованностью, низким энергопотреблением и более просты в массовом производстве. Однако технические требования к ним очень высоки. Появление МЭМС-датчиков в значительной степени отвечает требованиям, предъявляемым к малогабаритным и высокопроизводительным изделиям.
На рынке существуют различные типы гироскопических датчиков. Компания Join Sunny предлагает гироскопы MEMS навигационного уровня и гироскопы MEMS северного направления, которые имеют небольшие размеры, малый вес и высокую точность. Если вы хотите узнать больше о технических проблемах гироскопических датчиков MEMS, пожалуйста, обращайтесь к нам: https://www.ericcointernational.com/.